Ces travaux portent sur la conception et le développement d'un procédé membranaire de captage/stockage du CO2 embarqué pour le transport routier. Dans une première partie, nous réalisons la simulation d'un procédé membranaire embarqué de captage du CO2 dans le cas d'un poids lourd (>3500 kg). Ceci comprend l'analyse énergétique de la séparation et de la compression des gaz, l'évaluation des surfaces et volumes requis ainsi que l'autonomie de l'unité de stockage et la surconsommation engendrée par ce dispositif. Nous étudions dans un second temps la relation entre qualité des supports fibres creuses et celle des membranes nanocomposites MFI-alumine synthétisées. Nous nous intéressons ensuite aux performances des membranes nanocomposites dans la séparation CO2/N2 en phase gazeuse. Plus particulièrement nous évaluons l'influence de la substitution isomorphique du silicium par le bore et le germanium, ainsi que l'échange du proton de valence par d'autres atomes, sur la séparation en question. Un chapitre est dédié à l'évaluation des paramètres thermodynamiques (adsorption) et cinétiques (diffusion) de la séparation CO2/N2. Enfin, nous analysons l'influence de la présence de polluants dans le mélange à séparer (eau, NOx, hydrocarbures) sur les performances séparatives des membranes synthétisées.

Ce travail a pour objectif l'étude de la minéralisation par oxydation électrochimique de composés organiques contenus dans des effluents aqueux. Les composés modèles étudiés sont le phénol et les acides carboxyliques issus de son oxydation (acides maléique, oxalique et formique). Les performances de l'anode de diamant dopé au bore (DDB) ont été comparées à celles d'une électrode commerciale de PbO2, sous les mêmes conditions hydrodynamiques. La minéralisation du phénol en solution aqueuse montre que l'anode de DDB possède les meilleures propriétés électrocatalytiques et énergétiques. Des études cinétiques, réalisées sur des solutions d'acide maléique en présence d'acides oxalique et/ou formique, ont montré que l'acide oxalique s'oxyde par transfert direct d'électrons avec l'électrode tandis que les acides maléique et formique réagissent avec les radicaux hydroxyles électrogénérés. D'autre part, l'électrolyte support peut jouer un rôle sur le processus d'oxydation : en présence d'ions perchlorates, le transfert d'atomes d'oxygène sur la molécule d'acide maléique est beaucoup plus important que celui prévu par le seul processus faradique. Ce résultat est interprété en admettant la formation de radicaux perchlorates par oxydation à un électron. Le procédé électrochimique a été appliqué au traitement d'émulsions représentatives d'effluents de l'industrie métallurgique. Sous certaines conditions expérimentales, la minéralisation est totale ; la dégradation du tensioactif (dodécylbenzènesulfonate de sodium) et de la phase organique (alcool lauryle, acide laurique ou oléique) s'effectue sans démixtion. La résolution numérique d'un modèle physico-chimique a démontré que l'oxydation des molécules organiques par les radicaux hydroxyles se produit dans une couche réactionnelle dont l'épaisseur est environ 1000 fois plus fine que la zone de diffusion des espèces organiques.

En utilisant une démarche de type "Chimie du Solide", le rôle des principaux facteurs caractérisant la surface du substrat (composition chimique, structure et liaisons chimiques) sur la germination de cristallites de diamant, ainsi que leur morphologie, a ete mis en évidence. La densité de nucléation et le rapport Csp2/Csp3 ont pu notamment etre corrélés a la diffusion du carbone dans le substrat. Afin de contrôler celle-ci, des couches superficielles de composes covalents tels que les nitrures et les borures ont été utilisées. Elles ont permis d'atteindre des densités très importantes de nucléi de diamant pour des temps de dépôt relativement courts. L'ensemble des résultats concernant le dépôt par hétéroépitaxie du diamant a permis de proposer une méthodologie au niveau du choix du substrat et des espèces réactives pour l'obtention de couches minces de nitrure de bore cubique.

Depuis plus d'un siècle, la chimie des organoboranes a intéressé considérablement les chimistes. En revanche, la réactivité élémentaire du bore atomique est un domaine de recherche relativement vierge. Dans un premier temps, nous avons participé aux travaux de caractérisation des produits isolés en matrice d'argon pour les réactions du bore avec l'éthylène et l'éthane. Les propriétés structurales, spectrales et énergétiques d'une série d'espèces BC2Hn (n = 3, 4, 5) ont été déterminées à l'aide de méthodes ab initio et DFT. La comparaison des spectres infrarouges expérimentaux à ceux prédits par le calcul a permis d'identifier plusieurs nouveaux organoboranes simples. Afin de mieux comprendre la réactivité du bore, nous nous sommes ensuite intéressés à<br />la détermination des mécanismes réactionnels mis en jeu. Avec l'étude de la réaction B + H2O, nous avons développé et testé une stratégie de calcul, couplant méthodes ab initio et DFT, destinée à l'étude de mécanismes réactionnels. Ces travaux ont de plus démontré l'existence d'une petite barrière d'activation pour la réaction cohérente avec la constante de vitesse mesurée et nous proposons un mécanisme pour la formation de BO (A 2Pi) jusqu'alors non rationalisée. Enfin, la méthodologie précédente a été utilisée pour déterminer le mécanisme des<br />réactions bore-acétylène et bore-éthylène. Cette étude réalisée en parallèle à des expériences de jets croisés, a permis d'identifier sans ambiguïté le produit formé dans ces conditions par chacune de ces réactions, respectivement HBCC et la molécule aromatique borirène (c-HBC2H2). Ce travail a également montré que les<br />deux réactions peuvent avoir lieu spontanément si elles débutent par l'addition du bore sur la liaison pi CC. S'agissant de la réaction bore-éthylène, les calculs prédisent plusieurs processus susceptibles de concurrencer la formation du borirène.

Les nitrates, largement dérivés des activités anthropiques posent un réel problème pour la santé et l'environnement lorsqu'ils se retrouvent dans le milieu naturel, en particulier lorsque la ressource est destinée à la production d'eau potable. Déterminer l'origine de ces nitrates est alors une première étape indispensable pour assurer ensuite une meilleure gestion de ces ressources en eau. C'est dans ce but, qu'une approche multi-traceurs originale a été développée sur la source karstique du Marseillon, située dans le Sud-Ouest de la France et exploitée pour l'eau potable. Une stratégie d'échantillonnage a été menée entre octobre 2010 et janvier 2013 à différentes échelles spatiales (du régional à l'étude du forage) et temporelles (du suivi mensuel au suivi horaire). Les outils hydrodynamiques et géochimiques ont mis en évidence une contribution importante d'une eau pauvre en nitrate à l'alimentation de la source. Les outils isotopiques (?15N-NO3, ?18O-NO3 et ?11B) et microbiologiques ont permis d'identifier une connexion hydraulique entre les eaux de surface et la source du Marseillon, favorisée pendant les épisodes de crues de surface. Les outils de datation ont permis d'estimer une contribution d'environ 80% d'une eau de 1980 et de 20 % d'une eau rechargée au cours de l'année de la mesure (2011) caractérisée par des nitrates d'origine organique et des contaminations fécales humaines et animales. Les résultats obtenus ainsi que la démarche développée dans cette thèse ont permis de dresser les grandes lignes d'un guide méthodologique, accessible aux plus grand nombre d'acteurs de l'eau, pour la détermination de l'origine des nitrates dans les eaux souterraines.

Cette thèse se propose d'étudier les procédés de dopage et de recuit laser comme outils permettant la réalisation de cellules photovoltaïques au silicium cristallin. Des émetteurs dopés ou recuits par laser sont tout d'abord réalisés à l'aide de trois lasers et de différentes sources dopantes. Les lasers utilisés sont un laser vert nanoseconde, un laser excimère et un laser ultraviolet à haute cadence. Comme sources dopantes nous avons utilisé le verre de phosphore, des couches de nitrures de silicium dopées au bore ou au phosphore, ou encore des implantations ioniques de bore ou de phosphore. Des dopages très efficaces sont obtenus avec chaque couple laser/source dopante. En particulier, de faibles valeurs de résistances carrées et de densités de courant de saturation sont obtenues. Ces procédés laser sont ensuite appliqués à la réalisation de cellules à émetteur sélectif et à champ arrière au bore. Les cellules à émetteur sélectif dopé par laser (en utilisant le verre de phosphore comme source dopante) atteignent un rendement de 18,3 %, ce qui représente un gain total de 0,6 %abs comparé aux cellules standard à émetteur homogène. Les cellules à champ arrière au bore recuit par laser (à partir d'une implantation ionique de bore) montrent quant à elles un gain de 0,3 %abs par rapport aux cellules à champ arrière à l'aluminium, offrant ainsi un rendement de 16,7 %.

L'usage intensif de pesticides dans l'agriculture engendre une contamination sans précédent des eaux de surface et des nappes phréatiques. Les traitements classiques appliqués aux eaux usées contenant des produits organiques polluants sont basés sur la biodégradation ou sur des méthodes physiques de transfert de masse (décantation, filtration, adsorption des polluants sur du charbon actif) ou des procédés chimique tels que l'oxydation à l'ozone ou au chlore. Cependant, ces procédés demeurent inefficaces dans le cas de traitement des eaux contaminées par les polluants organiques persistants (POPs). Les procédés d'oxydation avancés sont mis en œuvre pour dégrader ou même minéraliser ces polluants. Ce travail a donc pour objectif de déterminer un protocole expérimental pour détruire efficacement les pesticides, produits chimiques largement utilisés dans l'agriculture au Maroc, tels que le monochloro-benzène, le 1,2-dichlorobenzène, l'acide 2,4,5-trichlorophénoxy-acétique, et l'imazalil en utilisant les procédés d'oxydation avancée électro-Fenton et oxydation anodique avec différentes anodes telles que BDD, Pt et DSA. Ainsi, nous avons trouvé que le taux de minéralisation par procédé électro-Fenton avec l'anode BDD était de 92%, 95%, 92% et 97%pour le monochloro-benzène, le 1,2-dichlorobenzène, l'acide 2,4,5-trichlorophénoxy-acétique, et l'imazalil, respectivement, après 4 h de traitement. Ces résultats confirment l'efficacité des procédés d'oxydation avancés électrochimiques dans le traitement des eaux polluées par des pesticides / The intensive use of pesticides in agriculture generates, nowadays, an unprecedented contamination of surface water and groundwater. Conventional treatments applied to waste water containing organic pollutants are based on biological treatments méthods or physical mass transfer methods (decantation, filtration, adsorption of the pollutants on activated carbon), chemical oxidation with ozone, chlorine, etc. However, these methods remain ineffective for the treatment of water polluted by persistent organic pollutants (POPs). Advanced oxidation processes are implemented to degrade and mineralize these pollutants. This PhD thesis work aims to establish an experimental protocol to degrade and mineralize pesticides, chemicals widely used in agriculture in Morocco, such as monochlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 2,4,5-trichlorophenoxy-acetic acid , and imazalil using the electro-Fenton and anodic oxidation processes with DD Pt or DSA anodes. Thus, the rate of mineralization was 92%, 95%, 92% and 97% for the monochloro-benzene, the 1,2-dichlorobenzene, the 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid , and the imazalil, respectively, after 4 h treatment by electro-Fenton process. These results confirm the effectiveness of electrochemical advanced oxidation processes for treating water polluted by pesticides

Comme le quatrième élément le plus abondant dans l’univers, le carbone joue un rôle important dans l’émergence de la vie sur la terre comme nous la connaissons aujourd’hui. L’ère industrielle a vu cet élément au cœur des applications technologiques en raison des différentes façons dont les atomes forment les liaisons chimiques, ce qui donne lieu à une série d’allotropies chacun ayant des propriétés physiques extraordinaires. Par exemple, l’allotrope le plus thermodynamiquement stable du carbone, le cristal de graphite, est connu pour être un très bon conducteur électrique, tandis que le diamant, très apprécié pour sa dureté et sa conductivité thermique, est néanmoins considéré comme un isolant électrique en raison de sa structure cristallographique différente par rapport au graphite. Les progrès de la recherche scientifique ont montré que les considérations cristallographiques ne sont pas le seul facteur déterminant pour une telle variété dans les propriétés physiques des structures à base de carbone. Ces dernières années ont vu l’émergence de nouvelles formes allotropiques de structures de carbone qui sont stables dans les conditions ambiantes, mais avec dimensionnalité réduite, ce qui entraîne des propriétés largement différentes par rapport aux structures en trois dimensions. Parmi ces nouvelles classes d’allotropes il y a le graphene, qui est le premier matériau à deux dimensions. L’isolation réussi de monocouches de graphène a contesté une croyance établie depuis longtemps en physique : le fait que les matériaux purement 2D ne peuvent pas exister dans les conditions ambiantes parce qu'ils sont instables en raison de l’augmentation des fluctuations thermiques lorsqu’ils se prolongent dans les 2D. Afin de minimiser son énergie, un matériau se brisera en îlots coagulées. Le graphène arrive cependant à surmonter cette barrière en formant des ondulations continues sur la surface du substrat et est stable même à température ambiante et pression atmosphérique. Une grande intention dans la communauté scientifique a été donnée au graphène, après les premiers résultats publiés sur les propriétés électroniques de ce matériau. Les propriétés fondamentales et mécaniques du graphène sont fascinants. Grace aux atomes de carbone qui sont emballés dans un mode sp2 hybridé, formant ainsi une structure de réseau hexagonal, le graphène possède le plus grand module de Young et la plus grande capacité d’étirement, en même temps des centaines de fois plus dur que l’acier. Il conduit la chaleur et l’électricité de manière très efficace. L’aspect le plus fascinant à propos du graphène est surement la nature de ses porteurs de charge à basse énergie. En effet, le graphène présente des bandes d’énergie linéaires au point de neutralité de charge, donnant aux porteurs de charge une nature relativiste. De nombreux phénomènes observés dans ce matériau sont des conséquences de la nature relativiste de ses porteurs. Transport balistique, conductivité optique universelle, absence de rétrodiffusion, et une nouvelle classe d’effet Hall quantique sont de bons exemples de phénomènes nouvellement découverts dans ce matériau. Il est cependant encore trop tôt pour affirmer que toutes les propriétés physiques du graphene sont bien comprises. Dans cette thèse, nous avons mené des expériences de spectroscopie magnéto-Raman pour répondre à certaines des questions ouvertes dans la physique du graphène, notamment l’effet de couplage de Coulomb sur le spectre d’énergie du graphène, et le changement dans les propriétés physiques du graphène multicouche en fonction de sa cristallographie. Nos echantillions ont été soumis à de forts champs magnétiques, appliqués perpendiculairement aux plans atomiques. Le spectre d’excitation sous champ magnétique montre un couplage entre ces excitations et les modes de vibratoires. Cette approche expérimentale permet de remonter à la structure de bande du graphene en champs nul, ainsi que de nombreuses autres propriétés du matériau. / As the fourth most abundant element in the universe, Carbon plays an important rolein the emerging of life in earth as we know it today. The industrial era has seen this element at the heart of technological applications due to the different ways in which carbon forms chemical bonds, giving rise to a series of allotropes each with extraordinary physical properties. For instance, the most thermodynamically stable allotrope of carbon, graphite crystal, is known to be a very good electrical conductor, while diamond very appreciated for its hardness and thermal conductivity is nevertheless considered as an electrical insulator due to different crystallographic structure compared to graphite. The advances in scientific research have shown that crystallographic considerations are not the only determining factor for such a variety in the physical properties of carbon based structures. Recent years have seen the emergence of new allotropes of carbon structures that are stable at ambient conditions but with reduced dimensionality, resulting in largely different properties compared to the three dimensional structures. Among these new classes of carbon allotropes is the first two-dimensional material: graphene.The successful isolation of monolayers of graphene challenged a long established belief in the scientific community: the fact that purely 2D materials cannot exist at ambient conditions. The Landau-Peierls instability theorem states that purely 2D materials are very unstable due to increasing thermal fluctuations when the material in question extends in both dimensions. To minimize its energy, the material will break into coagulated islands, an effect known as island growth. Graphene happens to overcome such barrier by forming continuous ripples on the surface of its substrate and thus is stable even at room temperature and atmospheric pressure.A great intention from the scientific community has been given to graphene, since 2004. Both fundamental and mechanical properties of graphene are fascinating. Thanks to its carbon atoms that are packed in a sp2 hybridized fashion, thus forming a hexagonal lattice structure, graphene has the largest young modulus and stretching power, yet it is hundreds of times stronger than steel. It conducts heat and electricity very efficiently, achieving an electron mobility as high as 107 cm−2V−1 s−1 when suspended over the substrate. The most fascinating aspect about graphene is the nature of its low energy charge carriers. Indeed, graphene has a linear energy dispersion at the charge neutrality, giving the charge carriers in graphene a relativistic nature. Many phenomena observed in this material are consequences of this relativistic nature of its carriers. Ballistic transport, universal optical conductivity, absence of back-scattering, and a new class of room temperaturequantum Hall effect are good examples of newly discovered phenomena in thismaterial. Graphene has become an active research area in condensed matter physics since 2004. It is however still early to state that all the physical properties of this material are well understood. In this thesis we conducted magneto-Raman spectroscopy experiments to address some of the open questions in the physics of graphene, such as the effect of electron-electron coupling on the energy spectrum of monolayer graphene, and the change in the physical properties of multilayer graphene as a function of the crystallographic stacking order. In all our experiments, the graphene-based systems have been subject to strong continuous magnetic fields, applied normal to the graphene layers. We study the evolution of its energy excitation spectra in the presence of the magnetic field, and also the coupling between these excitations and specific vibrational modes that are already in the system. This experimental approach allows us to deduce the band structure of the studied system at zero field, as well as many other lowenergy properties.

Cette thèse se propose d’étudier les procédés de dopage et de recuit laser comme outils permettant la réalisation de cellules photovoltaïques au silicium cristallin. Des émetteurs dopés ou recuits par laser sont tout d’abord réalisés à l’aide de trois lasers et de différentes sources dopantes. Les lasers utilisés sont un laser vert nanoseconde, un laser excimère et un laser ultraviolet à haute cadence. Comme sources dopantes nous avons utilisé le verre de phosphore, des couches de nitrures de silicium dopées au bore ou au phosphore, ou encore des implantations ioniques de bore ou de phosphore. Des dopages très efficaces sont obtenus avec chaque couple laser/source dopante. En particulier, de faibles valeurs de résistances carrées et de densités de courant de saturation sont obtenues. Ces procédés laser sont ensuite appliqués à la réalisation de cellules à émetteur sélectif et à champ arrière au bore. Les cellules à émetteur sélectif dopé par laser (en utilisant le verre de phosphore comme source dopante) atteignent un rendement de 18,3 %, ce qui représente un gain total de 0,6 %abs comparé aux cellules standard à émetteur homogène. Les cellules à champ arrière au bore recuit par laser (à partir d’une implantation ionique de bore) montrent quant à elles un gain de 0,3 %abs par rapport aux cellules à champ arrière à l’aluminium, offrant ainsi un rendement de 16,7 %. / This study aims at investigating laser doping and laser annealing for crystalline silicon solar cells processing. Laser-processed emitters are firstly realized using three lasers and different dopants sources. The lasers are a nanosecond green laser, an excimer laser and a high-frequency ultraviolet laser. As dopants sources we used either phosphosilicate glass, phosphorus and boron-doped silicon nitrides, or phosphorus and boron ion implantation. Efficient phosphorus and boron doping are obtained using any of these laser/sources couple. In particular, low sheet resistances and low emitter saturation current densities are obtained. These laser processes are then applied to selective emitter and boron back-surface-field solar cells. Laser-doped selective emitter solar cells (using phosphosilicate glass as a dopants source) reach 18.3 % efficiency. This represents an overall gain of 0.6 %abs when compared to standard homogeneous emitter. On the other hand, laserannealed boron back-surface-field solar cells (using implanted boron as a dopants source) feature an overall gain of 0.3 %abs when compared to standard aluminium back-surface-field solar cells, thus yielding an efficiency of 16.7 %.

L’objectif de cette thèse est d’établir et comprendre le cycle biogéochimique du bore et de ses isotopes au sein d’un écosystème forestier. Dans ce contexte, beaucoup de questions subsistent à propos du cycle biogéochimique du bore dans les écosystèmes terrestres, à savoir : • Quelles sont les sources majeures de bore dans les écosystèmes forestiers ? • Quelles sont les types de transfert entre les différents compartiments de l’environnement ? • Quels mécanismes contrôlent ces échanges ? Pour établir ce cycle, nous allons quantifier les différents stocks (végétation, sol) et flux (apports atmosphériques dissous et particulaires, pluviolessivats, ruissellements de tronc, litières, profils de sol et drainage) de bore dans le site atelier de l’OPE situé dans la forêt domaniale de Montiers-Sur-Saulx (Meuse). Il est important de noter que nous utiliserons les isotopes du bore (11B et 10B) afin de comprendre la dynamique de son cycle biogéochimique ainsi que les échelles de temps des échanges ayant lieu entre les différents compartiments environnementaux. Au final, cette thèse se divise en quatre parties distinctes : 1. Une première partie de développement analytique, visant à la mise en place, l’extraction, la purification et la mesure du bore et de ses isotopes au sein des matrices végétales. 2. Une seconde partie focalisée sur les origines et mécanismes qui contrôlent les apports atmosphériques dissous et particulaires sur le site atelier de Montiers. 3. La troisième partie vise à établir les différents transferts de bore dans le système sol plante sur deux sols distincts : un rendisol, basique ainsi qu’un alocrisol, acide. Le but de cette démarche est d’évaluer dans un premier temps l’influence des composantes du cycle biogéochimique sur les transferts de bore puis, dans un second temps, d’évaluer l’influence des propriétés d’un sol sur la dynamique du cycle biogéochimique d’un écosystème. 4. La dernière partie vise à établir un modèle d'évolution du bore et de ses isotopes dans le système sol-plante. Ce modèle est principalement basé sur les observations réalisées durant l'année 2012 / This thesis aims at establishing and understanding the biogeochemical cycle of boron and its isotopes within a forest ecosystem. In that context, many questions remain concerning the dynamics of boron within terrestrial ecosystems: • What are the major sources of boron? • What type of transfer occurs between the compartments of the environment? • What mechanisms are controlling those transfers? In order to establish this biogeochemical cycle, we quantified the different stocks (vegetation, humus and soil) and fluxes (atmospheric dust and dissolved deposition, throughfalls, stemfloxs, litterfall and drainage) of boron in the study site of Montiers. The use of boron isotopes will give us insight concerning the mechanisms controlling the dynamics of boron. This thesis is divided in 4 main parts: 1. The first part aims at establishing a new method of extraction, purification and measurement of boron and its isotopes within vegetation samples. 2. The second part focuses on the sources and mechanisms controlling boron within atmospheric dust and dissolved deposition on the study site of Montiers. 3. The third part aims at establishing the stocks and fluxes of boron on two distinct soils: a rendisoil (basic pH) and an alocrisoil (acid pH). The goal is to determine the influence of different soil properties on boron dynamics within its biogeochemical cycle. 4. The last part aims at establishing a model of boron and boron isotopes dynamics in the soil plant system. This model is mainly based of the measurement made in 2012